随着化石能源的不断消耗和温室效应的日益严重,新型清洁可再生能源的开发已迫在眉睫。但由于风能、太阳能和生物能等清洁能源受环境影响严重,需要开发高效的清洁能源储存与转换装置。因此,环境友好、功率密度高、循环寿命长的超级电容器受到的人们的广泛关注。碳基材料因具有比表面积大、化学和电化学性质稳定、导电性佳、活性位点丰富等特点被认为是理想的超级电容器电极材料之一。但是,传统的电极材料制备方法无法对材料的孔结构,杂原子种类和含量等进行精确调控。本文利用简单高效的主客体掺杂方式,引入N、O、P、F等杂原子,可极大改善材料的电化学性能。此外,从分子设计出发,以共价键的方式将N、O杂原子引入到多孔网络材料中,并优化聚合工艺,对材料的孔结构和杂原子含量进行有效调控,进而探索微观结构对宏观电化学性能的影响。具体研究内容如下:（1）从分子设计出发,合成单体4,4′-（4-oxophthalazine-1,3（4 H）-diyl）dibenzonitrile（OPDN）,通过离子热聚合法（600℃）,将N、O杂原子以共价键方式引入到聚合物材料中,制得N、O杂原子均匀分布的多孔网络（Multi-heteroatom carbon frameworks,简称MHCFs）MHCFs@600。在此基础上,通过简单高效的主客体掺杂方式引入六氟磷酸四丁胺,制得N、O、P、F共掺杂的多孔网络材料f-MHCFs@600。由SEM的元素mapping测试可知,N、O、P、F杂原子均匀分布在电极材料f-MHCFs@600中,且经XPS测试后含量分别为N（6.83 at.%）、O（6.22 at.%）、P（2.25 at.%）、F（7.23 at.%）。电性能测试表明,P、F杂原子的引入,不仅可增大水系电解液电压窗口（即从1.0 V增加到1.4 V）,还可减小MHCFs@600的阻抗。在三电极测试体系,以1 M H₂SO₄为电解液,在0.1 A g^-1的电流密度条件下,f-MHCFs@600的比电容为244.8 F g^-1,当电流密度为10 A g^-1的时,其比容量为164.1 F g^-1,比容量保持率为67%,且经10000次循环后比容量保持率为98.5%。将MHCFs@600和f-MHCFs@600多孔网络电极材料分别组装成两电极体系,主客体掺杂前后,电极材料的能量密度从3.78 Wh kg^-1增大到8.1 Wh kg^-1,功率密度从1400 W kg^-1增大到3500 W kg^-1,且在10 A g^-1的电流密度条件下,f-MHCFs@600多孔网络电极材料经20000次循环后,比电容保持率为94.5%（电压窗口为1.4 V）。（2）合成具有酰亚胺结构的单体4,4’-（1,3,5,7-tetraoxo-5,7-dihydropyrrolo[3,4-f]isoindole-2,6（1H,3H）-diyl）dibenzonitrile（TIDN）,并对单体进行红外、TGA和元素分析表征,证明单体被成功制备。在不同条件下（550℃、600℃、650℃和700℃）,通过离子热聚合法制得一系列本征掺杂N、O的多孔网络材料（Polymer-TIDN,简称p-TIDN）,即p-TIDN@550、p-TIDN@600、p-TIDN@650和p-TIDN@700。SEM、XRD和拉曼结果表明,p-TIDN为无定形碳,且随着聚合温度的升高无序化程度增大。TEM结果表明,p-TIDN为多孔材料。氮气吸脱附测试表明,p-TIDN@550、p-TIDN@600、p-TIDN@650和p-TIDN@700的比表面积分别为1292.30 m² g^-1、1374.19 m² g^-1、1409.73m² g^-1和1526.83 m² g^-1。XPS测试表明,N原子含量随聚合温度的升高从8.55 at.%（p-TIDN@550）减少到5.95 at.%（p-TIDN@700）。在三电极测试体系,以1 M H₂SO₄为电解液,p-TIDN@600展现出优异的电容特性,即在0.1 A g^-1的电流密度条件下,比容量为231.35 F g^-1,当电流密度为10 A g^-1时,其比容量为143.76 F g^-1,比容量保持率为62%,经过30000次充放电循环后,其比电容保持率可达112%。为了进一步探究N、O官能团对超级电容器电化学性能的影响,对p-TIDN@550、p-TIDN@600、p-TIDN@650和p-TIDN@700的比容量与N、O杂原子含量之间的关系进行详细分析,结果表明,比容量随N、O杂原子含量的增多而增大,其中N-5、N-6和O-I对比容量的贡献最大。在两电极测试体系,以TEABM₄/AN为电解液,对p-TIDN@550、p-TIDN@600、p-TIDN@650和p-TIDN@700进行电化学性能测试,结果表明,p-TIDN@700的电化学性能较优异,能量密度为24.23 Wh kg^-1,经过20000次充放电循环测试后,材料的比电容保持率为90%。